Способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей



Способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей
Способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей
Способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей
Способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей
Способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей
Способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей
Способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей

 

C21D1/06 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2534885:

Петров Артём Сергеевич (RU)

Изобретение относится к области термомеханической обработки деталей и может быть использовано для упрочнения рабочих трущихся поверхностей рельс и колес подвижного состава, в частности изобретение относится к способу упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, преимущественно поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар. Для повышения износостойкости трущихся поверхностей колеса и увеличения срока эксплуатации колеса на поверхности катания и гребня создают полосы с модифицированной структурой, имеющие механические свойства, отличные от механических свойств основного металла, при этом упомянутые полосы создают переменной ширины и глубины по периметру гребня колеса. 1 табл., 7 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области термомеханической обработки деталей и может быть использовано в машиностроительной промышленности для упрочнения рабочих/трущихся поверхностей деталей машин и механизмов, в частности изобретение относится к способу упрочнения изнашиваемых поверхностей, преимущественно поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар.

Известен способ поверхностной электроконтактной закалки деталей, в котором для получения заданной глубины закаленного слоя контактные ролики прижимают к поверхности обрабатываемой детали давлением 0,6-0,8 от предела текучести материала детали и сообщают им движение с определенной скоростью (SU 1713943 A1, 23.02.1992).

Известен также способ поверхностной электроконтактной закалки деталей, согласно которому нагрев поверхности осуществляют пропусканием электрического тока через контактные элементы, прижимаемые к обрабатываемой детали с определенным давлением и перемещаемые с требуемой скоростью, с последующим охлаждением зоны нагрева. При этом между контактными элементами создается давление на поверхности детали (SU 325092 A1, 23.07.1987).

Недостатком известных способов является высокий уровень остаточных внутренних напряжений при термообработке рельс и колес подвижного состава, что снижает их эксплуатационную надежность.

Известен способ упрочнения поверхностей электроконтактной термообработкой, включающий нагрев пропусканием электрического тока через контактные элементы, прижимаемые к обрабатываемой поверхности под давлением, охлаждение зоны нагрева, в результате чего получают упрочненные полосы с модифицированной структурой (RU 2158313 C1, 27.10.2000).

В известном способе получают полосы, которые имеют одинаковую глубину по длине полосы.

Однако, исходя из физики взаимодействия трущихся поверхностей, необходимо отметить два факта: 1) глубина упрочненной полосы в исходном состоянии будет иметь максимальное значение - bo, а в процессе работы детали будет идти износ поверхности и уменьшение глубины упрочненной полосы bi (фиг.1)); 2) в процессе взаимодействия на поверхности возникают касательные - срезающие напряжения, возникающие за счет сил трения, которые имеют максимальное значение - τmax на поверхности и уменьшаются по глубине (фиг.2). Сочетание двух факторов приводит к тому, что по мере увеличения износа уровень срезающих (касательных) напряжений, воздействующих на зону перехода от упрочненного металла к основному металлу, увеличивается (при этом bi<bo, a τI0). Следовательно, возрастает вероятность деформации, отслаивания или выкрашивания металла, а в итоге происходит уменьшение уровня износостойкости поверхностей.

Задачей данного изобретения является повышение уровня износостойкости поверхностей деталей, преимущественно поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар, увеличение сроков их эксплуатации и снижение эксплуатационных расходов.

Данная задача в способе упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей решается за счет снижения касательных напряжений, воздействующих на зону перехода) от упрочненного металла к основному металлу. Это достигается за счет того, что в металле у поверхности создают полосы с модифицированной структурой, имеющие механические свойства, отличные от механических свойств основного металла, при этом упрочненные полосы с модифицированной структурой создают постоянной или переменной шириной по длине полосы и переменной глубиной по длине полосы (фиг.3). То есть τi раскладывается на напряжения, действующие по нормали τн, и вдоль зоны перехода τi-п, при этом τi-п≤τш.

При обработке поверхности полосы с иными, чем у основного металла детали, в частности рельса, механическими свойствами могут быть получены с помощью различных видов обработки, таких как сварка, термообработка лазером, плазмой или электроконтактным методом, пластическим деформированием. Получают полосы с различными геометрическими характеристиками: при одной и той же ширине полосы глубина воздействия может быть переменной (см. фиг.4), а также могут быть получены зоны с одновременным изменением и ширины и глубины (см. фиг.5).

Пример.

Для оценки влияния предлагаемого упрочнения проводилось упрочнение цельнокатаных железнодорожных колес, изготовленных из колесной стали марки 2 ГОСТ 10791 (см. таблицу).

Таблица
Химический состав стали, %
Марка стали С Mn Si P S Gr Ni Cu V
2 0,55-0,65 0,5-0,9 0,2-0,42 <0,035 <0,04 <0,25 <0,25 <0,25 -

Для изменения ширины и глубины упрочненной зоны использован режим импульсной электроконтактной обработки металла с изменением тепловложения вдоль траектории движения источника теплоты. К поверхности на гребне колеса прижималось два роликовых электрода для получения двух ленточных полос. Колесная пара приводилась во вращение, что обеспечивало линейную скорость движения V=5 мм/с.

В ходе подготовки данного патента были проведены соответствующие работы. При обработке вначале задавался ток I1=4 750 A, который протекал на протяжении импульса tИ-1=0,14 с, затем ток отключался и наступала пауза tП-2=0,6 с. Последовательно было сделано N1=5 циклов (время цикла tЦ-1=tИ-1+tП-1). После чего задавался ток меньшей величины I2=3000 A, с временем импульса tИ-2=0,08 с и временем паузы tП-2=0,08 с. Было реализовано N2=6 циклов нагрева вторым током I2. Периодическое изменение в задании импульсов первого и второго токов продолжалось до полного упрочнения гребня по всему периметру (фиг.6).

В итоге получены кольцевые полосы, ширина c=var и глубина которых b=var изменялась соответственно:

при токе I1 C1-max=5,6 мм, b1-max=2,1 мм;

при токе I2 c2-min=3,4 мм, b2-min=1,2 мм (фиг.7).

Эксплуатационные испытания показали, что при пробеге электрички 28000 км износ гребней цельнокатаных колес с упрочненными четырьмя полосами в 2 раза меньше, чем у колес без упрочнения. При этом в упрочненных зонах с модифицированной структурой выкрашивания и других дефектов нет.

Способ упрочнения изнашиваемой поверхности железнодорожного колеса, включающий нагрев поверхности катания и гребня колеса с созданием полос с модифицированной структурой, имеющих механические свойства, отличные от механических свойств основного металла, отличающийся тем, что нагрев осуществляют с обеспечением изменения тепловложения вдоль траектории вращения колеса и создают упомянутые полосы с модифицированной структурой переменной ширины и глубины по периметру гребня колеса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области термической обработки, в частности к обработке стальных железнодорожных колес для формирования необходимого распределения сжимающих остаточных напряжений в ободе.

Изобретение относится к способам плазменной обработки и может быть использовано для упрочнения локомотивных и вагонных колес из углеродистой марганцовистой стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, ванадий, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке цельнокатаных железнодорожных колес. .
Изобретение относится к машиностроению и термической обработке металлов и может быть использовано при производстве новых и ремонте старых железнодорожных колес. .

Изобретение относится к способу и устройству для плазменной обработки тела вращения и может найти применение при упрочнении железнодорожных колес. .

Изобретение относится к способу лазерной обработки поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар из различных марок стали, работающих в условиях трения-износа.

Изобретение относится к области термической обработки. .

Изобретение относится к области термической обработки деталей, имеющих форму тел вращения из металлических материалов, в частности для охлаждения, моноблочных колес, колесных бандажей, колесных дисков и аналогичных дисков и колец, таких как железнодорожные и трамвайные колеса, зубчатые колеса и звездочки.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способу термообработки опорных и поддерживающих катков из сложнолегированных улучшаемых сталей. .

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к способу восстановления работоспособности колес железнодорожного транспорта. .

Изобретение относится к области индукционного нагрева и термообработки деталей сложной формы, при проведении которой используют комбинацию различных режимов индукционного нагрева, характеризуемых различными частотами тока.

Изобретение относится к производству профилированной проволоки из низколегированной углеродистой стали, предназначенной для использования в качестве компонента в гибких трубах для морской нефтедобычи.
Изобретение относится к защитным покрытиям для сталей и сплавов от окисления при технологических нагревах. Технический результат изобретения заключается в создании защитного покрытия, обладающего повышенной до 1250°C рабочей температурой, и увеличении времени работоспособности его при нагревах до 1250°C.

Изобретение относится к области металлургии. Способ термической обработки заготовок под холодную пластическую деформацию, преимущественно для сталей с машин непрерывного литья, предусматривает аустенитизацию при температуре Ас3+(100-150°С), выдержку, охлаждение со скоростью более 20°С/мин до температуры 680-700°С, диффузионное превращение переохлажденного аустенита при различных температурах по схеме 680-660-640-600°С с выдержкой при каждой температуре 60-80 минут с завершением охлаждения на воздухе.

Изобретение относится к инструментам, в частности к ножам для гранулирования термопластичных полимеров и способу их заточки. Нож выполнен из инструментальной стали для холодной обработки, имеющей твердость менее 65 единиц по шкале С Роквелла.
Изобретение относится к защитным покрытиям для сталей и сплавов от окисления при технологических нагревах. Технический результат изобретения заключается в уменьшении сцепления покрытия к сталям и увеличении вязкости покрытия при сохранении температуроустойчивости до 1150°C.

Изобретение относится к области обработки металлических изделий для упрочнения путем изменения их физической структуры и может быть использовано для получения дисперсионно-упрочненной структуры металлического сплава зубчатого колеса трансмиссии.

Изобретение относится к устройствам термообработки стальных изделий непосредственным действием волновой энергии и может быть применено в серийном производстве газовых центрифуг на рабочем месте выполнения технологической операции лазерной закалки торцевой поверхности малогабаритной опорной иглы.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для термической обработки штампов из полутеплостойких и теплостойких сталей повышенной вязкости, к примеру 5ХНМ и 4Х5МФС, а также пресс-форм из стали 4Х5МФС.

Изобретение относится к способам упрочнения поверхности металлических материалов с помощью формирования наноразмерных покрытий путем воздействия лазерного излучения и может быть применено в различных отраслях промышленности для получения износостойких и антифрикционных покрытий.
Изобретение относится к области термической обработки быстрорежущих сталей и может быть использовано преимущественно для термической обработки длинномерного инструмента и инструмента сплошной формы. Способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали включает нагрев инструмента до температуры закалки, выдержку, охлаждение до температуры окружающей среды и отпуск. После нагрева до температуры закалки и выдержки при этой температуре инструмент охлаждают в соляной ванне при температуре 810-860°C с выдержкой 1,9-2,0 сек/мм, но не более 1 минуты. Дальнейшее охлаждение до температуры окружающей среды инструмента с толщиной или диаметром его рабочей части не более 20 мм проводят на воздухе, а для инструмента с толщиной или диаметром рабочей части более 20 мм - охлаждение проводят в жидких средах. Затем охлаждают на воздухе до температуры окружающей среды. Техническим результатом является снижение закалочных напряжений и, как следствие, устранение коробления, уменьшение вероятности трещинообразования, и повышение работоспособности инструмента.
Наверх